Forecasting of Drought-Related Extremes

Konzept

Der Klimawandel verschärft Dürren in der Schweiz und schafft damit vernetzte Risiken für Wälder, Wasserressourcen, die öffentliche Gesundheit und die Biodiversität. Vor MaLeFiX war die Dürrevorhersage fragmentiert: Umweltwirkungsmodelle arbeiteten isoliert, wertvolle kurz- bis mittelfristige Vorhersagen wurden nicht ausreichend genutzt, und Endnutzer hatten kaum Einfluss auf die Systemgestaltung. Ein einheitliches, nutzerorientiertes Frühwarnsystem war erforderlich, um komplexe Umweltdaten in handlungsrelevante Informationen für Entscheidungsträger umzuwandeln.

Projektbeschreibung

MaLeFiX schloss diese Lücke durch die Entwicklung eines integrierten Frühwarnsystems, das Modelle für Waldbrände, Gletscher, Wassertemperatur, aquatische Biodiversität, Borkenkäferbefall und Grundwasserstände verknüpft. Durch die Kombination fortschrittlicher Methoden des maschinellen Lernens mit langfristigen meteorologischen Daten liefert das System zuverlässige, probabilistische Vorhersagen. Entscheidend war die enge Zusammenarbeit mit den Stakeholdern von Beginn an, um sicherzustellen, dass die resultierende Plattform praxisnah, intuitiv und direkt relevant für das Management von Wasser, Wäldern und Naturgefahren ist.

Wichtigste Erkenntnisse

  1. Genaue, zuverlässige und zeitnahe Informationen zu aktuellen und prognostizierten Dürrebedingungen und deren Auswirkungen ermöglichen frühzeitiges Handeln und proaktive Entscheidungen.
  2. Modernste KI-Methoden und probabilistische Prognosen liefern präzisere Vorhersagen. Zusammen mit den Schätzungen ihrer Unsicherheit ermöglichen sie eine bessere Risikobewertung.
  3. Der einfache Zugriff auf verständliche und handlungsrelevante Dürreinformationen dank eines nutzerzentrierten Designs stellt sicher, dass komplexe Daten in intuitive Werkzeuge für Behörden und Interessengruppen übersetzt werden.

Main Products and Outcomes

  • Integrated Early-Warning System (into drought.ch - https://www.drought.ch/de/impakt-vorhersagen-malefix/ ): A central, user-friendly platform providing a comprehensive overview of drought conditions and risks.
  • Operational Forecasting Models: A suite of AI-powered models delivering probabilistic 32-day forecasts for:
       Water availability (hydrology)
       Wildfire probability (integrated into Switzerland’s official warnings)
       Water temperature in rivers and lakes (adopted by national authorities)
       Bark beetle outbreak risks at high resolution
  • Demonstration of further impact models (https://www.drought.ch/de/impakt-vorhersagen-malefix-1/):
       Low flow in large rivers
       Soil water potential
       Groundwater
  • Advanced Glacier Projections: Improved models that account for changing glacier area and debris cover to project their influence on long-term water supply.
  • Validated Stakeholder Engagement: A proven co-design process that ensured the system's practical relevance and usability from the start.
  • Launch of “https://www.trockenheit.admin.ch/de2: as a nationwide drought warning platform building up on WSL drought.ch demonstrator.
     

Laufende und zukünftige Projekte

  • Zukunftsprognosen zu Dürre- und Hitzeszenarien
  • Das Bundesamt für Umwelt (BAFU) hat ein Folgeprojekt zur Integration des MaLeFiX TFT-Wassertemperaturmodells in sein operationelles System in Auftrag gegeben.
  • Ein separates Projekt wurde für eine Literaturrecherche und erste Tests von Grundwasservorhersagesystemen bewilligt.
  • Einbeziehung des Wasserbedarfs in die Niedrigwasservorhersage
  • Datenbasis zu Dürrefolgen und KI-basierte Klassifizierung
     

Publikationen

Weiterführende Literatur

  • Padrón, R. S., et al. (2025) Extended-range forecasting of stream water temperature with deep-learning models, Hydrol. Earth Syst. Sci., 29, 1685–1702, https://doi.org/10.5194/hess-29-1685-2025

  • Bonaglia, A., et al.: (2025) Sub-seasonal forecasting of thermal stress for Swiss river fishes during heatwaves, Ecological Modelling., 507https://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2025.111171 

  • Bogner, K., Padrón, R.S. Improving sub-seasonal hydrological forecasts utilizing the randomness in Deep Learning models. Stoch Environ Res Risk Assess 40, 12 (2026). https://doi.org/10.1007/s00477-025-03138-2 

  • Padrón, R. S., et al. (under review)  An operational platform for sub-seasonal forecasts of drought-related hazards, submitted to Int. J. Cartogr 

  • Collenteur, R. A., et al. (under review) An ensemble groundwater prediction (EGP) system to forecast groundwater levels in alluvial aquifers in Switzerland, submitted to Nat. Hazards Earth Syst. Sci.

  • Zappa, M., Karger, D. N., & Hüsler, F. (2025). EXtreme Trockenheit in der Schweiz: Regionale und lokale Perspektiven einer globalen Herausforderung. In A. Björnsen (Ed.), WSL Berichte: Vol. 164. Extremes (pp. 13-21). doi.org/10.55419/wsl:39738